Đồ án Môn học thiết kế máy điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: Công suất định mức : 400 kVA Điện áp định mức :15/0,4 kV đấu /yo-11 Tổn hao không tảI : 840 W Tổm hao ngắn mạch : 5750W Điện áp ngắn mạch : 4% Đặc điểm:Đặt ngoài trời,làm việc liên tục,làm lạnh bằng dầu. NỘI DUNG TÍNH TOÁN: Tinhd toán kích thước chủ yếu Tính toán dây quấn CA,HA Tính toán mạch từ Tính toán các tham số ngắn mạch,không tải Tính toán nhiệt Bản vẽ tổng lắp ráp. CHƯƠNG I :NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC Máy biến áp điện lực là thiết bị chủ yếu của công mghiệp điện lực.Theo sự phát triển của xã hội và hiện đại hóa của đất nước,qui mô của lưới điện quốc gia ngày càng được mở rộng và số lượng máy biến áp ngày càng lớn,yêu cầu kĩ thuật máy biến áp ngày càng cao.Trong quá trình truyền tải để giảm tổn thất điện năng thì điện áp phải được nâng và hạ xuống 4 đến 5 lần.Do vậy tổng công suất của máy biến áp lớn hơn gấp 6 đến 8 lần công suất của nhà máy điện. Ngày nay hiệu suất của máy biến áp được nâng lên rất cao,từ 98 đến 99%,nhưng do số lượng máy biến áp trong hệ thống điện rất lớn nên tổn hao này cũng đáng kể,vì vậy cần phải giảm đến mửc thấp nhất có thể tổn hao trong máy biến áp nhất là tổn hao không tải. Trong quá trình chế tạo thì những máy biến áp cỡ vùa và nhỏ được chế tạo thành loại ba pha.Còn những máy biến áp cơ lớn được chế tạo thành loại một pha sau đó được ghép lại thành tổ máy biến áp ba pha. Công suất máy biến áp ngày càng lớn.Trên thế giới đã chế tạo được máy biến áp ba pha có công suât đến một triệu kVA và điện áp tới 1150 kV.Để đảm bảo chất lượng cung cấp điện năng thông thường thì máy biến áp được chế tạo sao cho có thể điều áp được dưới tải.Máy biến áp được chế tạo với vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp,độ từ thẩm cao,ngoài ra còn được cải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cấu nhẹ và bền. Có thể nói rằng sự phát triển của công nghệ chế tạo máy điện nói chung và công nghệ chế tạo máy biến áp nói chung đã có những sự phát triển vượt bậc đã tạo ra những máy có công suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm đáng kể. CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1.Tính toán các tham số cơ bản 1.Công suất trên mỗi pha của máy biến áp: kVA 2.Dòng điện định mức trên một pha máy biến áp: Dòng điện định mức phía cao áp của máy biến áp: I1= A Dòng điện định mức thứ cấp máy biến áp: I2= A 3.Điện áp các pha của máy biến áp: Điện áp bên cao áp của máy biến áp: Uf1=U1=15000 V Điện áp bên hạ áp của máy biến áp: Uf2= V 4.Điện áp thử nghiệm của dây quấn máy máy biến áp. Theo TCVN ta có điện áp thử nghiệm của máy biến áp: Dây quấn cao áp của biến áp: Với U1=15 kV thì ta có Ut=38 kV Dây quấn hạ áp của biến áp : Với U2=0,4 kV ta có Ut=5 kV 5.Kiểu dây quấn trong máy biến áp Theo phụ lục XV ta có : Với dây quấn cao áp điện áp U1=15 kV và dòng điện I1= 27,6 A.ta chọn loại dây xoắn ốc liên tục. Với dây quấn hạ áp U2=0,4 kV và dòng điện I2=577,3 A,ta chọn dây loại xoắn ốc mạch đơn 6.Xác định các tham số tính kích thước chủ yếu Hệ số aR Ta có : aR= Hệ số aRphụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA và CA,do đó chỉ khi bố trí xong dât quấn mới có thể xác định chính xác.Khoảng cách cách điện giữa dây quấn CA và HA là a12 được chọn theo điện áp thử nghiệm của cuộn CA. Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có: Công suất MBA Sp kVA Điện áp thử Ut của cuộn CA kV Cuộn CA đến gông,cm Giữa cuộn CA với HA,cm Giữa hai cuộn CA,cm Đầu thừa,cm l02 a12 a22 ld2 400 25 3,0 - 0,9 0,3 1,0 - 1,5 Lấy sơ bộ :.Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng máy biến áp, vật liệu làm dây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong MBA.Theo bảng 13.2 TKMĐ ta chọn được k=0,58. Thay ta có: cm Vậy ta có: aR=2+1,97=3,97 cm Điện áp ngắn mạch tác dụng: % Điện áp ngắn mạch phản kháng: % Hình dáng sơ bộ của máy biến áp như hình vẽ: Hệ thống mạch từ sủ dụng hệ thống ba pha ba trụ có mối ghép chéo góc,ghép thẳng với trụ giữa. Trụ được ghép bằng băng đai và gông dùng sắt góc ép lại.Thép dùng làm lõi sắt là thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ cảm trong trụ BT=1,75 T. Theo bảng 13.2 với SP=400 kVA thì trụ có 6 bậc,hệ số điền đầy kd=0,926. Hệ số ép chặt kc=0,95 ta có hệ số lợi dụng: ke=kd.kC=0,95.0,926=0,88 Chọn các bậc của gông là 7.Theo phần phụ lục XVII-2 TKMĐ ta có: Hệ số của gông kG=1,02.Trông đó kG là tỉ số thiết diện giữa gông và trụ.Vì vậy ta có mật độ từ cảm trong gông BG=BT/1,02=1,75/1.02=1,029 T. Số khe hở trong mạch từ gồm 4 rãnh chéo ở 4 góc và 3 rãnh vuông ở trụ giữa.Mật độ từ thông trong rãnh vuông góc là: B"R=BT= 1,75 T Từ thông trong rãnh chéo là: B'K= ==1,24 T Theo bảng V-4 ta có tổn hao trong thép : +Tổn hao trong trụ pFeT=1,238 W/kg +Tổn hao trong gông pFeG=0,574 W/kg +Tổn hao từ hóa trong trụ qT =1,956 VA/kg +Tổn hao từ háo trong gông qG =1,575 VA/kg Tổn hao từ hóa trong khe hở không khí: +Tổn hao từ hóa trong khe hở vuông góc q"K= 0,61 VA/cm +Tổn hao từ hóa trong khe hở chéo q'K = 0,0956 VA/ cm Theo bảng 13.7 ta có hệ số tổn hao phụ kf=0,91 khi ngắn mạch.Theo bảng 13.5 và 13.6 ta có được hằng số đối với dây đồng là a=1,4 và b= 0,28.Ta lấy hệ số kR=0,95 là hệ số ép chặt. Hệ số = 1,8 – 2,4. *Ta tiến hành tính toán các hệ số cơ bản : Hệ số A: A=16. Hệ số A1 : A1= kg A2= kg Trong công thức trên l0 là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gông.Tra bảng ta có được l0=5 mm B2= kg C1=, kg M== = MPa Trong công thức trên thì: B= Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là kFe,Cu=2,21 C= Chọn kcđ=1,06 ta có : D= Ta có đẳng thức : x5+Bx4-Cx-D=x5+0,328.x4-0,554x-0,22 Theo phương trình trên ta có Trọng lượng tôn Silic của các góc gông: Gg=0,493.10-2.kl.kG.A3x3= =0,493.10-2.0,88.1,02.16,513.x3=19,91x3 Thiết diện của trụ lõi sắt : ST=0,785.kl.A2.x2= =0,785.0,88.16,512.x2=188,3x2 Thiết diện khe hở vuông góc : S”K=ST=188,3.x2 Thiết diện khe hở chéo: S’K=ST.=188,3. .x2= =266,3.x2 Tổn hao không tải trong máy biến áp : P0=k’F(pTGT+pG.GG)= =1,25(1,238.GT+0,574.GG)=1,54GT+0,717GG 1.8 2 2.2 2.4 2.153 x= 1.158292185 1.18920712 1.217883286 1.24466595 1.211326 x2 = 1.341640786 1.41421356 1.483239697 1.54919334 1.46731 x3 = 1.554012038 1.68179283 1.806412836 1.92822821 1.777391 A1/x=313.81/x 270.9247321 263.881704 257.6683691 252.123872 259.0632 A2x2=25.9.x2 34.74849637 36.6281313 38.41590816 40.1241075 38.00334 GT=A1/x+ A2x2 305.6732285 300.509835 296.0842773 292.24798 297.0666 B1x3=202.72.x3 315.0293204 340.933043 366.1960101 390.890422 360.3127 B2x2=33.47.x2 44.90471712 47.3337279 49.64403267 51.851501 49.11088 GG= B1x3+ B2x2 359.9340376 388.266771 415.8400428 442.741923 409.4236 GFe=GT+GG 665.607266 688.776606 711.9243201 734.989902 706.4902 Gg=52,35.x3 30.94037969 33.4844953 35.96567957 38.3910236 35.38786 P0=1,7GT+1,563GG 728.8094768 741.172421 754.1270977 767.507847 751.0393 Q0=2,445GT+1,969GG 4663.655898 4965.56506 5261.140361 5550.95091 5192.218 +97,8Gg+136,5x2 i0x=Q0/10SP 1.165913975 1.24139126 1.31528509 1.38773773 1.298054 Gdq=C1/x2 474.3818214 450.038111 429.0945025 410.826708 433.7528 GCu=1,66Gdq 787.4738236 747.063264 712.2968741 681.972336 720.0296 kCùeGCu=2,21GCu 1740.31715 1651.00981 1574.176092 1507.15886 1591.265 C’td=GFe+kCuFeGCu 1742.11715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418 J=0,91.5750/2,4Gdq 3.143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196 =M.x3 14.23475027 15.4052223 16.54674158 17.6625704 16.2809 d=A.x 19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899 d12=ad=1,4d 26.77276557 27.4873333 28.15015426 28.7692089 27.99859 l= d12/ 46.70360216 43.1551132 40.17794745 37.6397149 40.83398 2a2=bd 5.354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717 C=d12+a12+2a2+a22 37.82731868 38.6847999 39.48018512 40.2230506 39.2983 Ta thấy rằng giá thành thấp nhất của máy biến áp khi nằm trong khoảng 1,8 đến 2,4.Khi đó ta có đường kính của trụ nằm trong khoảng 19,21đến 20,54 cm.Trong khoảng đường kính đó các thông số đạt yêu cầu.Ta chọn đường kính trụ d=20 cm.Khi đó ta có x=1,211 vậy =2,153 Thiết diện lõi sắt của mạch từ: ST=188,3.x2=188,3.1,2112=276,14 cm2 Đường kính trung bình của lõi sắt: d12=a.A.x=1,4.16,51.1,211=28 cm Chiều cao dây quấn của máy biến áp: L ==40,85 cm Chiều cao của trụ lõi sắt: lT =l +2.l0=40,83+2.3=43,13 cm Khoảng cách giữa các trụ và lõi sắt : C = d12+a12+2a2+a22 = 41,1 cm Điện áp trên một vòng dây: UV= 4,44.f.BT.ST.10-4= = 4,44.50.1,75.276,1410-4=10,72 V Trọng lượng sắt của máy biến áp: GFe=706,49 kg Trọng lượng đồng trong máy biến áp: Gdq=433,38 kg Mật độ dòng điện trong máy biến áp: J = 3,44A/mm2 Ứng suất trong dây quấn cho phép của máy biến áp: = M.x3 =16,28 Mpa Tổn hao không tảI trong máy biến áp thiết kế : P0 = 751 W Dòng tổn hao không tải: i0%= Q0/10SP=1,298 % 1.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP: Số vòng dây quấn hạ áp: w2=Uf2/UV=230,94/10,72=21,54 vòng Ta lấy w2=22 vòng.Khi đó ta có điện áp rơi trên một vòng dây UV=230,94/22=10,5 V Mật độ dòng điện trong dây quấn : Thiết diện của dây quấn hạ áp tính toán: S’dq2=I2/J2=230,94/3,66 = 63,1 mm2 Chọn dây quấn của máy biến áp là dây quấn xoắn ốc kép một lớp.Chọn khoảng cách rãnh dầu trong máy biến áp hr=0,5 cm. Chọn số đệm dọc theo chi vi của dây quấn của cuộn dây của cuộn hạ áp là 12 chiếc.Chiều rộng tấm đệm là 4 cm. Chiều cao hướng trục của dây quấn hạ áp : hv2 = cm Chọn dây là 3 sợi dây ghép song song loại PB .Thiết diện 1 sợi là: Các sợi được chia làm hai mạch ghép song song có rãnh dầu ở giữa. Thiết diện của một vòng dây tổng bằng: S2=3.55,39=166,17 mm2 Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức: J2=577,3/166,17=3,47 A/mm2 Chiều cao dây quấn hạ áp: Ta tiến hành tính toán chiều cao dây quấn hạ áp bằng cách cho chiều cao dây quấn hạ áp bằng chiều cao dây quấn cao áp. Chiều cao dây quấn hạ áp được tinh theo công thức: Trong công thức trên: l2 : Chiều cao thực tế của cuộn hạ áp b’ : Chiều rộng của một sợi dây quấn w2 : Số vòng dây cuộn hạ áp k : Hệ số khi kể đến sự co ngót của dây quấn khi ép chặt để sây khô.thông thường k=0,94-0,96,ta lấy k=0,95 hr2 : Chiều cao rãnh dầu làm mát : Chiều cao cách điện giữa hai mạch =0,1-0,15.Ta lấy =0,1. Ta tiến hành bố trí cuộn dây hạ áp có chiều cao tương đương như cuộn cao áp.Do vậy thì số rãnh thông dầu của máy biến áp phảI chọn sao cho thỏa mãn được điều kiện về chiều cao.Để đơn giản trong thiết kế và lắp đặt ta chọn tất cả các rãnh thông dầu đều có kích thước bằng nhau.Ta có phương trình: Ta có chiều cao rãnh thông dầu: hr2 = 0,78 cm Kích thước rộng của dây quấn: Trong thủ nghiệm cao áp thì với cấp điện áp 0,4 kV, điện áp thử nghiệm là 5 kV.Trong kết cấu dây quấn kiểu xoắn ốc ta có a01=1,5 đó là khoảng cách từ cuộn hạ áp dến gông. Đường kính trong của dây quấn hạ áp: D’2= d+2a01 = 20+2.1,5 = 23 cm Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp: D”2= D’2+2.a2 = 23+2.3 = 29 cm Đường kính trung bình của dẩ quấn hạ áp: Dtb2= (D’2+D”2)/2 = (23+29)/2 =26 cm Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp : Trong công thức trên : q2 : Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp J2 : Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp wb : Bề rộng dây quấn hạ áp kể cả đến cách điện kf : Hệ số tổn hao phụ k3 : Hệ số của dây quấn Thay số ta có: W/m2 Trọng lượng dây đồng trong dây quấn hạ áp: Thay số ta có : Trọng lượng dây quấn hạ áp kể cả cách điện : G0dq2 = 1,02Gdq2=1,02.79,84=81,44 kg 2.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP Do yêu cầu của máy biến áp có điều chỉnh điện áp nên ta tiến hành thiết kế dây quấn cao áp có các đầu ra cho phép điều chỉnh điện áp.Chọn điều chỉnh điện áp là . Dòng điện qua tiếp điển của bộ điều chỉnh bằng 72,168 A. Điện áp của hai đầu điều chỉnh : Sơ đồ đầu điều chỉnh điện áp : Điện áp giữa hai đầu điều chỉnh điện áp -5 và +5 bằng : Uđcf = 10%.U1 = 10%.15.103 =1500 V Điện áp thử của cuộn dây điều chỉnh : Utđcf = 2.Uđcf =2.230,94 = 461,88 V Điện áp giữa hai nấc điều chỉnh kiên tiếp của cuộn dây cao áp : V Đặt tên các đầu điều chỉnh như bảng dưới đây : Đầu điều chỉnh +5% +2,5% 0% -2,5% -5% Tên A1 A2 A3 A4 A5 Điện áp kV 15750 15375 15000 14625 14250 Đối với dây quấn cao áp ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục. Số vòng dây cơ bản của cuộn dây cao áp : vòng Số vòng dây điều chỉnh điện áp của cuộn dây cao áp: vòng Số vòng dây ứng với một nấc điều chỉnh điện áp : vòng Mật độ dòng điện sơ bộ trong dây quấn cao áp: A/mm2 Thiết diện sơ bộ của dây quấn cao áp: S’1= If1/J’1= 26,7/3,28 = 8,14 mm2 Dùng dây xoắn ốc liên tục với dây dẫn là loại dây PB.Số sợi dùng là 1 sợi,thiết diện dây cao áp bằng : Mật độ dòng điện trong dây quấn cao áp: A/mm2 Giữa hai bánh dây kép ta thiết kế một rãnh dầu rộng 0,5 cm.Giữa hai lớp dây quấn của dây quấn kép ta đặt lót cách điện dày 0,05 cm.Ở hai rãnh dầu dây quấn ta để một khe hở 0,75 cm để tăng cường cách điện.Khe hở giữa hai nửa cuộn dây ta đặt bằng h=1,25 cm,chiều cao của một bánh dây b’=0,55 cm. Số bánh dây của cuộn dây cao áp: cm Chọn số bánh dây của cuộn dây cao áp là 80 bánh.Số vòng dây trong một bánh: vòng/bánh Ta tiến hành chia số vòng dât trung bình cho mỗi bánh: + Chọn 58 bánh cơ bản, mỗi bánh có 11 vòng ,bánh 59 có 7 vòng ,tổng cộng có 645 vòng + Chọn 4 bánh cách điện tăng cường,mỗi bánh có 9 vòng,tổng cộng có 36 vòng + Chọn 12 bánh cách điện tăng cường ,mỗi vòng có 12 vòng,tổng cộng có 144 vòng Tổng cộng có 645+36+144=825 vòng Sơ đồ bố trí dây quấn như hình vẽ : Trong hình vẽ trên : Bánh dây T : Bánh dây có quấn cách điện tăng cường Bánh dây C : Bánh dây cơ bản Bánh dây D : Bánh dây điều chỉnh điện áp Chiều cao của cuộn dây cao áp : Đường kính trong của cuộn dây cao áp : D’1= D”2+2.a12 = 29+0,9 = 29,9 cm Số vòng dây trong một bánh dây: wb1= w2/nb2=825/70=11,78 vòng Lấy tròn wb1=11 vòng Chiều dày của cuộn dây cao áp : a1 = a’2.wb1= 11.0,5 = 5,5 cm Đường kính ngoài của cuộn dây cao áp : D”1 = D’1+2.a1 = 29,9+2.5,5 = 40,9 cm Đường kính trung bình của dây quấn cao áp : Dtb1= (D’1+D”1)/2 = (29,9+40,9)/2 = 35,4 cm Suất tản nhiệt của cuộn dây cao áp : W/m2 Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp : Gdq1= 28.a1.Dtb1.w1.S1.10-5= = 28.5,5.35,4.825.7,29.10-5 = 108,6 kg Trọng lượng dây quấn cao áp khi kể cả tới cách diện : G0dq1 = 1,02.Gdq1 = 1,02.208,6 =212,8 kg Kích thước dây quấn của máy biến áp : TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ Trong thiết kế ta dùng loại thép 3407 chiều dày là 0,3 mm ta không dùng cách điện bổ xung trong mạch từ. Kích thước của trụ mạch từ d=23 cm.Trụ trong máy có 6 bậc Thiết diện của trụ : Trong công thức trên : SbT : Diện tích của trụ aT : Chiều cao một bậc bT : Chiều rộng một bậc Công thức tính đường kính trụ dựa vào hệ số hình dáng và số bậc : Nên ta có : cm2 k0 tra theo bảng 10.1 TK MBA –Phạm Văn Bình,Lê Văn Doanh Thiết diện của trụ thuần sắt tương ứng : S’T = kcSt = 0,95.379,9 = 361 cm2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Tổn hao cơ bản trong máy biến áp : +Tổn hao đồng trong cuộn dây hạ áp : w +Tổn hao đồng trong cuộn dây cao áp : w Tổn hao phụ trong máy biến áp : Tổn hao phụ trong máy biến áp : Pf=kfPCu Trong công thức trên : +Pf : Tổn hao phụ +PCu: Tổn hao đồng trong máy biến áp +kf : Hệ số tổn hao phụ Trong đó : :Hệ số dây dẫn +Tổn hao phụ trong dây quấn hạ áp : Ta có : Thay số ta có : +Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp : Ta có Thay số ta có : Tổn hao cơ bản trong dây dẫn qui đổi: Chiều dài dây dẫn qui đổi : ldd2=7,5.l=7,5.40,85=306,37 cm Trọng lượng đồng trong dây quấn hạ áp qui đổi : Qdd2=ldd2S2Cu..10-8=306,37.166,17.8900.10-8= 4,53 kg Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức : Pdd2=2,4.J22.Qdd2=2,4.3,662.4,53=145,6 W Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp qui đổi : Qdd1=ldd1S1. Cu.10-8=306,37.7,29.8900.10-8=0,2 kg Tổn hao trong dây quấn cao áp : Pdd1=2,4.J12.Qdd1=2,4.3,472.0,2=5,78 W Tổn hao thùng dầu và các chi tiết khác qui đổi : Ptđ=10.k.SP=10.0,025.400=100 W Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp được thiết kế : Pn=Pdq1kf1+Pdq2kf2+Pdd1+Pdd2+Ptđ= =.1,006+2566,8.1,026+5,78+145,6+100 = =6066,1W Sai số trong tính toán công suất không tảI so với yêu cầu đặt ra : Ta thấy =4,96%< 5% Thỏa mãn yêu cầu đặt ra. Tổn thất điện áp trong dây quấn cao áp trong điều kiện tỏa nhiệt bình thường: P’n=Pn-0,05(Pdq1kf1)=5780 - 0,05(3390.1,006)=5609,48W Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm : unr=P’n/(10.SP)=5609,48/(10.400)=1,40 % Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm: Ta có : % Điện áp ngắn mạch của máy biến áp : % Sai số trong tính toán : Ta thấy sai số nhỏ hơn 5% vì vậy chấp nhận được. Dòng ngắn mạch hiệu dụng của máy biến áp : Incđ=If1.100/un=26,7.100/3,91=682,86 A Dòng điện ngắn mạch đỉnh : In max=1,41.kmax.Incđ=1,41.1,540.682,86=1482,77 A Trong công thức trên thì : Lực điện động cực đại trong dây quấn của máy biến áp : N Ứng suất trên cuộn dây cao áp : Mpa Ứng suất cho phép của dây quấn cao áp =60 Mpa Ta thấy ứng suất của dây quấn cao áp thỏa mãn yêu cầu ứng suất cho phép. Lực do từ trường tản gây ra trong dây quấn cao áp : N Do dây quấn không được quấn đồng đều nên xuất hiện lực điện động doc trục thứ hai : Trong công thức trên : + l” : Khoảng cách từ trụ đến thùng dầu + m : Hệ số phụ thuộc vào cách bố trí dây quấn ta có m = 4 Ta có : l”=(B-d)/2 với B là chiều rộng của thùng dầu d là đường kính trụ Sơ bộ lấy l”=25 cm Thay số ta có : N Lực điện động lớn nhất trong dây quấn của máy biến áp : + Lực điện động lớn nhất trong dây quấn hạ áp : Ft2=F’t+F”t=17066+27917=44983 N + Lực điện động lớn nhất trong dây quấn cao áp : Ft1=F”t-F’t=20845-9009=11836 N Trong phân bố dây quấn ta thấy lực điện động lớn nhất là ở giữa dây quấn. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ THÙNG DẦU I TÍNH NHIỆT ĐỘ CHÊNH LỆCH QUA TỪNG PHẦN: 1). Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài Đối với dây quấn hạ áp: Dây quấn làm bằng dây chữ nhật nhiệt độ chênh chủ yếu là hiệu số nhiệt độ của các lớp cách điện, theo (6-1) ta có: q02 = (0c) lcd = 0,17 tra trong bảng 50 với vật liệu cách điện là giấy tẩm dầu q2 = = 840,6 (W/m2) (q2 được tính theo côngthức 96-2) với M2 là bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp).Vậy: q02 = (0c) Đối với dây quấn cao áp: Dây quấn làm bằng dây dẫn tròn ta coi dây quấn như một khối có hai mặt tiếp xúc với dần và qua tính toán cho thấy nhiệt độ phân bố trong cuộn dây có dạng parabol thì đối với chỗ nóng nhất là ở giữa dây quấn có nhiệt độ q2. Do đó nhiệt độ chênh trong lòng so với mặt ngoài dây quấn được tính theo (6 - 3a) hình 1 Vậy: . q01 = q1 - q2 = a1 là chiều dày của dây quấn a1 = 5,5 (mm) p1 là tổn hao trong đơn vị thể tích dây quấn Đối với dây quấn đồng được tính theo (6-4a) pCu1 = 1,68 với dL = 0,17 (mm) là chiều dầy cách điện trong các lớp A: tính bằng A/mm2 ltb: là suất dẫn nhiệt trung bình được tính theo (6-5) ltb1 = lL1 = 0,17 là dẫn suất điện giữa các lớp tra trong bảng 50: lcđ = 0,17 l - là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn tính theo (6-6) ta có l = Trong đó: a = =0,1316 l = ltb1 = 0,17 2). Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài của dây quấn với dầu. Hiệu số nhiệt độ này phụ thuộc vào năng lượng tổn hao của dây quấn và thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng (6-10a) q0d = k.q0,6 Trong đó: k = 0,285 q – mật độ dòng nhiệt dây quấn (w/m2) 0,6 – chỉ số luỹ thừa kinh nghiệm Hạ áp: q0d2 = k.q20,6 = 0,285.840,60,6 = 14,668 0 C Cao áp: q0d1 = k.q10,6 = 19,48710C Với q1 = = Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: Hạ áp: q0dtb2 = q02tb + q0d2 =15,90C. Cao áp: q0dtb1 = q01tb + q0d1 = 20,3370C. I. Tính toán nhiệt thùng dầu: 1). Chọn loại thùng dầu: Căn cứ vào dung lượng máy biến áp và bảng 54 ta chọn thùng dầu ống, làm lạnh bằng dầu (S = 400 KVA) 2). Chọn các kích thớc tối thiểu bên trong của thùng. Căn cứ vào kích thước đã biết của lõi sắt, dây quấn để chọn các khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn đến vách thùng và các bộ phận nối đất khác của máy biến áp. 1). Chiều rộng tối thiểu của thùng: Theo (6-14) ta có B = D’’1+ S1+ S2+ d1+ S3+ S4+ d2 2). Chiều dài tối thiếu của thùng: A = 2C + D”1+ 2S5 Trong đó: S1: Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn cao áp đến vách thùng dầu: S1 = 2,3(cm). Bảng 27 S2: Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn cao áp đến các bộ phận nối đất như xà ép gông S2 = 2,5(cm). Bảng 27 S3: Khoảng cách từ dây quấn hạ áp đến mặt dây quấn cao áp S3 = 2(cm) S4: Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp đến vách thùng S4 = 2(cm) S5: Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng S5 = S3 + d2 + S4 Với d1 = 4,154(cm) ; d2 = 5,2(cm) Þ S5 = 8,154(cm) Vậy: A = 2.37,8593+36,9593+2.8,154=128,9859(cm) B = 55,1133(cm) 3).Chiều cao của thùng: H = H1 + H2 H1: là khoảng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi thép H1 = LT + 2hG + n n: Chiều dày tấm lót gông dới: n = 5(cm) H2:Khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng H2 = 30 (cm) tra bảng 55 Thực tế thì : H2 = 2.H1 = 2.30 = 60(cm) Hệ số 1,5 là để đảm bảo bề mặt tản nhiệt của thùng ® H1= 82,5796(cm). Vậy: H = 68,0818 + 60 = 128,0818(cm). Cuối cùng ta thấy: Chiều dài tối thiểu: A = 128,9859(cm) Chiều rộng tối thiểu: B = 55,113(cm) Chiều cao của thùng: H = 142,9859(cm) 3. Tớnh toỏn nhiệt thựng dầu Thùng dầu đồng thời là vỏ máy của m.b.a trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng như sứ ra của các dây quấn CA và HA, ống phũng nổ,...vỡ vậy thựng dầu ngoài yờu cầu tản nhiệt tốt cũn phải đảm bảo các tính năng về điện (như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với vỏch thựng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bờn ngoài. a, Chọn loại thựng dầu Thùng làm bằng thép. Tùy theo dung lượng của m.b.a mà hỡnh dỏng và kết cấu thựng khỏc nhau. Với cụng suất m.b.a SP=200KVA, ta chọn thựng cú vỏch dạng cỏnh súng, khụng cú bỡnh gión dầu, thựng hoàn toàn kớn.. Cỏnh súng được chế tạo từ tôn tấm dày ọ=(0,8¸1,0)mm hàn vào thành thùng. Loại thùng này đó được dùng cách đây khá lâu nhưng do nhược điểm là quá nhiều mối hàn so với kiểu ống nên sau đó đó bị loại bỏ. Tuy nhiờn, hiện nay cụng nghệ hàn nhất là hàn tự động phát triển, nên nhược điểm trên đó được khắc phục. Thùng có cấu tạo đơn giản, cánh sóng có thể được uốn trũn hoặc gấp hai mộp bằng kỹ thuật hàn tiếp xỳc lăn. Có thể dùng bỡnh gión dầu hoặc khụng. Khi khụng cú bỡnh gión dầu thỡ dầu cú thể tự gión nở tự do trong cỏnh sóng nhờ độ đàn hồi của cánh, thùng hoàn toàn kín. Dõy quấn CA Dõy dẫn ra CA s 2 d1 s 1 Dõy quấn CA s 4 Dõy dẫn ra HA s 3 d 2 Để xác định các khoảng cỏch giữa m.b.a với thựng. Ta sử dụng thùng có đáy chữ nhật. - Chiều ngang thựng trong đó: d1- đường kính dây dẫn ra CA. d2- bề rộng dõy dẫn ra HA. d1=2.d’=2.1,645=3,29(mm) d2=2.a’=2.3,30=6,60(mm) tra phụ lục XIV.6-TL1 khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng tra phụ lục XIV.7-TL1 khoảng cách dây dẫn ra đến bối dây cơ bản ® B=250,73+(50+50+6,6)+(25+22+3,29)=407,62(mm) Lấy B=41cm. - Chiều dài thựng s5=s3+d2+s4=2,5+0,66+2,2=5,36(cm) ® A=2.270+250,73+2.53,6=897,93(mm) Lấy A=90cm. - Chiều cao thựng Ht=Hr+Hn Hr=2.hG+lT+n=2.134+661+50=979(mm) trong đó n=50mm- chiều dày tấm đệm gông dưới. Với U1=22KV, tra bảng 13.13-TL1 (trang 502) cú Hn=300mm. ® Ht=979+300=1279(mm) Lấy Ht=128cm. c, Sơ bộ tính diện tích mặt bức xạ và đối lưu của thùng. - Quan hệ kích thước của cánh sóng trong đó: a- bề rộng khe không khí. c- bề rộng khe dầu. Chọn c=10mm ® a=25mm. Chiều sõu lớn nhất của cỏnh súng b=300mm, chọn b=200mm. Chiều cao cỏnh súng Hs thấp hơn chiều cao thùng Ht cỡ 0,1m ® Hs=Ht-10=128-10=118(cm) - Bề mặt bức xạ của vỏch cỏnh súng Mbx.s=2.[(A+2.b)+(B+2.b)].Hs =2.[(90+2.20)+(41+2.20)].118.10-4=4,9796(m2) - Chiều dài một bước sóng t=(a+c+2.ọ).10-3=(25+10+2.0,4).10-3=0,0358(m) trong đó ọ=0,4mm- chiều dày tụn làm cỏnh súng. - Chiều dài triển khai một bước sóng - Số lượng cánh sóng Lấy m=70cỏnh. - Bề mặt đối lưu của vách thùng cánh sóng Mđl.s=m.ls.ks.Hs=70.(431,508.10-3).0,6632.(118.10-2) Mđl.s=23,638m2 trong đó ks- hệ số tính đến mức độ đối lưu khó khăn của không khí giữa cỏc cỏnh súng. với - Bề mặt bức xạ toàn phần của thựng cỏnh súng Mbx=Mbx.s+Mt+0,5.Mn trong đó: Mt, Mn- bề mặt phần vỏch trờn của thựng khụng cú cỏnh súng và bề mặt nắp thựng. Mt=0,1.t.m=0,1.0,0358.70=0,2506(m2) Mn=[bn.ln]=[55.104].10-4=0,572(m2) Chiều rộng nắp bn=B+2.bv=41+2.7=55(cm) Chiều bài nắp ln=A+2.bv=90+2.7=104(cm) trong đó bv=7cm- chiều rộng vành nắp thựng. ® Mbx=4,9796+0,2506+0,5.0,572=5,5162(m2) - Bề mặt đối lưu toàn phần của thùng cánh sóng Mđl=Mđl.s+Mt+0,5.Mn=23,638+0,2506+0,5.0,572 Mđl=24,1746m2 5. Tính toán cuối cùng độ chênh nhiệt của dây quấn và dầu m.b.a với môi trường a, Độ chênh nhiệt của thùng dầu với không khí qt.k=25,66°C trong đó k=(1,05¸1,1). Lấy k=1,1. b, Độ chênh nhiệt của dầu với thùng trong đó k1=1- làm mỏt bằng dầu tự nhiờn. c, Độ chênh nhiệt của lớp dầu trên cùng so với không khí qd.k=(qd.t+qt.k).s=(3,74+25,66).1,2=35,28(°C) trong đó s=1,2- hệ số chỉ sự khác biệt giữa nhiệt độ trung bỡnh và nhiệt độ lớn nhất của dầu. Ta cú qd.k<60°C ® Độ chênh nhiệt của dầu thừa món. d, Độ chênh nhiệt của dây quấn với không khí qok=qod+qd.k - Dõy quấn CA qok1=qodtb1+qd.k=20,33+35,28=55,61 (°C) - Dõy quấn HA qok2=qodtb2+qd.k=15,8+35,28= 51,08 (°C) Như vậy qok1, qok2 đều nhỏ hơn độ chênh nhiệt cho phép qokcp=65°C ® Thùng dầu đó thiết kế thừa món yờu cầu. II . XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY DẦU VÀ THÙNG DẦU Việc tính toán chính xác trọng lượng ruột máy dầu và thựng dầu của m.b.a chỉ có thể tiến hành sau khi đó hoàn thiện thiết kế đầy đủ các chi tiết. Tuy nhiờn với những tớnh toỏn ở trờn ta có thể xác định sơ bộ được trọng lượng của máy. 1. Trọng lượng ruột máy Gr=1,2.(Gdq+GFe), kg Gr=1,2.[(Gdq1+ Gdq2)+GFe] = 637 kg 2. Trọng lượng thùng dầu Pt=Ptp+Pn.đ+Pcs, kg - Trọng lượng thùng phẳng Ptp=[2.A.Ht+2.B.Ht].ọ.óFe - Trọng lượng nắp và đáy Pn.đ=bn.ln.ọ.óFe+A.B.ọ.óFe - Trọng lượng cánh sóng Pcs=70.[2.(b-)+].ọ.óFe trong đó ọ=4mm- bề dày tụn làm thựng và cỏnh súng. óFe=0,00785kg/cm3. Pt={2.A.Ht+2.B.Ht+ bn.ln+A.B+70.[2.(b-)+]}.ọ.óFe ={2.90.128+2.41.128+55.104+90.41+70.[2.(20-)+]}.0,4.0,00785 Pt=14,38kg 3. Trọng lượng dầu a, Thể tớch dầu trong thựng Vd=Vt-Vr trong đó Vt là thể tớch bờn trong của thựng dầu. Vr là thể tớch của ruột, cú thể tớnh. Vt=A.B.Ht=0,9.0,41.1,28=0,4723(m3) Với ór là tỷ trọng trung bỡnh của ruột mỏy, đối với dây quấn bằng đồng ór=(5500¸6000)kg/m3, chọn ór=5500kg/m3. ® Vd=0,4723-0,116=0,3563(m3) b, Trọng lượng dầu Gd=1,05.[Vd.ód+Gcs] trong đó Gcs- trọng lượng dầu trong cánh sóng. ód- Khối lượng riêng của dầu m.b.a, lấy ód=900kg/m3. Gcs=70.[(b-).c.Hs+].ód =70.[(0,2-).0,01.1.18+].ód=0,1643. ód ® Gd=1,05.[0,3563+0,1643].900=491,967(kg).